近日，上海科技大学生物医学工程学院彭畅课题组基于智能终端屏下指纹识别应用提出了一种多层介质声传播模型，解析了超声波在有机发光二极管（OLED）屏幕中的传播规律。进一步研发了一种用于屏下指纹识别的超声指纹传感器，具有高灵敏度、宽频带以及优异的空间分辨率，能够实现对屏下指纹局部细节进行成像。研究成果以“Theoretical analysis and validation of high-sensitivity and broadband ultrasonic sensors for under-display fingerprint imaging”为题发表于仪器测量领域国际期刊Measurement。
生物识别技术包括指纹、面部和虹膜识别，其中指纹识别因其安全性和便利性最为普遍。传统的电容式和光学式指纹传感器虽然应用广泛，但电容式需要直接接触指纹无法用于屏下，而光学式容易受到假指纹或高质量照片的攻击、且对湿润或污染指纹敏感。相比之下，超声波传感器能够穿透水、油甚至薄手套，同时获取指纹的三维信息，极大提升了认证的安全性和可靠性。这种技术不仅满足了全面屏设计的需求，且超声波传感器的高度用户友好性使得其在实际使用中更加方便快捷，还为智能终端设备提供了更高级别的用户数据保护。
屏下超声指纹成像需要超声波穿透由多层材料组成的OLED屏幕，因此需要兼具小尺寸及高灵敏度的超声波传感器。为了最大程度减少超声波在OLED屏幕中的传输能量损失，研究人员建立了一个多层声传播模型来解析这种应用场景中的能量传输和反射特征。同时，利用KLM模型来探索传感器更好的传输和接收性能，系统地研究了传感器的最佳参数。最后成功研制了一个中心频率为33 MHz的微型超声传感器，同时实现了小尺寸（300 µm×300 µm）和高性能。该传感器具有宽频带（-6 dB:77.01%）、高灵敏度（-42.55 dB），以及优异的空间分辨率（横向：112.48 μm，轴向：45.06 μm）。通过对屏下指纹的局部细节进行成像，验证了其应用于屏下指纹识别的可行性。
基于多层介质声传播模型的屏下指纹识别超声传感器原理及结果示意图
上海科技大学生医工学院彭畅课题组硕士研究生张嘉怡为论文第一作者，彭畅教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。
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